江 雪

一、引言

區(qū)塊鏈技術(shù)是基于時間戳、Merkle樹形結(jié)構(gòu)、不對稱密碼學(xué)、共識機制和智能合約等技術(shù)的一種去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫，其核心原理是一種無須第三方參與就能實現(xiàn)多方協(xié)作、集體維護的安全加密分布式賬本。2019年10月24日中共中央政治局集體學(xué)習(xí)時，就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行討論，強調(diào)要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，將區(qū)塊鏈技術(shù)上升到國家戰(zhàn)略高度，由此，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展進入新階段。

農(nóng)產(chǎn)品流通是農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費的價值實現(xiàn)過程，它對農(nóng)業(yè)再生產(chǎn)、調(diào)節(jié)產(chǎn)銷矛盾、維持農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟其他部門的產(chǎn)品供需關(guān)系等方面，具有重要意義。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、信息不可篡改、可追溯性、匿名性與開放性等特點，可以解決農(nóng)產(chǎn)品流通中存在的信息追溯難、運營成本高、交易不透明等問題。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的不斷滲透，其對于推動農(nóng)業(yè)全面改造升級，提高農(nóng)業(yè)信息化水平，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式將發(fā)揮重要作用。

二、區(qū)塊鏈研究現(xiàn)狀及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）區(qū)塊鏈研究現(xiàn)狀

區(qū)塊鏈技術(shù)起初由中本聰在2008年的一篇名為《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的文章中提出，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的貨幣體系——比特幣正式落地。比特幣的推行使得區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改等特點逐漸被接受。2013年，俄羅斯人Vitalik Buterin發(fā)布了以太坊白皮書，標志著區(qū)塊鏈2.0時代的到來。以太坊是一個公共區(qū)塊鏈平臺，其創(chuàng)新是引入智能合約，將條款、規(guī)則等轉(zhuǎn)換成程序代碼，利用程序算法替代人執(zhí)行合同，無須第三方介入，從而使得區(qū)塊鏈從最初的金融支付領(lǐng)域向跨境支付、證券交易等其他金融領(lǐng)域拓展。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)進一步發(fā)展，區(qū)塊鏈的應(yīng)用價值也被逐漸挖掘出來，區(qū)塊鏈不再局限于金融領(lǐng)域，而是擴大到了社會其他領(lǐng)域，如供應(yīng)鏈、物聯(lián)網(wǎng)、電子政務(wù)、醫(yī)療和教育等各個領(lǐng)域，區(qū)塊鏈進入了3.0時代。如今區(qū)塊鏈已經(jīng)初步形成比較完善的產(chǎn)業(yè)分工和生態(tài)，截至2020年8月底，全國區(qū)塊鏈相關(guān)企業(yè)達到4.7萬余家，主要分布在金融、供應(yīng)鏈及溯源等領(lǐng)域，2020年底中國公開的區(qū)塊鏈專利數(shù)量突破10 000項。據(jù)賽迪區(qū)塊鏈研究所統(tǒng)計，2020年1-6月的區(qū)塊鏈案例數(shù)共計164項，并呈現(xiàn)出向多領(lǐng)域拓展的態(tài)勢，區(qū)塊鏈進入了高速發(fā)展階段。

（二）區(qū)塊鏈在農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域的應(yīng)用

相比區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的深度應(yīng)用，區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于初級階段。目前，國內(nèi)外農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用項目主要集中在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈、農(nóng)產(chǎn)品溯源、農(nóng)業(yè)金融和農(nóng)產(chǎn)品交易等方面。其中中南建設(shè)與北大荒攜手共推的全球首個“區(qū)塊鏈大農(nóng)場”，利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立了“交易平臺+生產(chǎn)基地+農(nóng)戶”管理模式的封閉自治農(nóng)業(yè)組織，解決了傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈在產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的假冒偽劣問題；鏈節(jié)時代建立鏈溯源管理系統(tǒng)，整合了與農(nóng)產(chǎn)品流通相關(guān)的種植、生產(chǎn)加工、包裝、物流、銷售過程中的各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)，且均勻地存儲于鏈節(jié)區(qū)塊鏈平臺上；中國農(nóng)業(yè)銀行推出國內(nèi)首個基于區(qū)塊鏈的電商供應(yīng)鏈融資系統(tǒng)，為“三農(nóng)”客戶提供線上供應(yīng)鏈融資服務(wù)。區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域的市場很大，應(yīng)用很廣，但是前期需要投入大量的技術(shù)和資本。而我國的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、信息化水平低、資金分散，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用推廣會有一定困難，況且相關(guān)的研究和應(yīng)用場景也十分匱乏。2020年中央一號文件指出，依托現(xiàn)有資源建設(shè)農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)中心，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)、智慧氣象等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，足以說明國家對區(qū)塊鏈賦能農(nóng)村和農(nóng)業(yè)的重視程度，在未來，區(qū)塊鏈應(yīng)用項目必然會逐漸增多。

三、區(qū)塊鏈與農(nóng)產(chǎn)品流通的耦合性分析

（一）傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品流通

傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)包括生產(chǎn)、批發(fā)、包裝、加工、運輸、倉儲和零售。首先，由農(nóng)戶進行農(nóng)產(chǎn)品的種植和養(yǎng)殖；然后經(jīng)過農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)商的篩選，選出符合品質(zhì)要求的初級農(nóng)產(chǎn)品；接著由包裝商將初級農(nóng)產(chǎn)品批量包裝送到加工商處進行二次加工；加工完畢，由運輸商將農(nóng)產(chǎn)品運到倉庫進行儲存；經(jīng)過零售商下單后，再由配送中心組織將農(nóng)產(chǎn)品配送給零售商；最終由終端消費者進行購買并且支付價款，如圖1所示。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)

農(nóng)產(chǎn)品的流通鏈條冗長，流通環(huán)節(jié)多，其中涉及供應(yīng)商、批發(fā)商、零售商、終端消費者等多個主體，在農(nóng)產(chǎn)品流通中涉及到生產(chǎn)信息、需求信息、流通信息和價格信息等各種信息。由于各個環(huán)節(jié)的信息沒有公開，信息需求者不能及時掌握，造成了信息不對稱。

由于我國目前很多地區(qū)還是以農(nóng)戶自產(chǎn)自銷為主，農(nóng)產(chǎn)品規(guī)?；?、組織化程度低，造成流通渠道進一步拉長，農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、供應(yīng)和銷售主體缺乏有效的溝通渠道，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、交易、物流等環(huán)節(jié)的效率低下，運營成本高。

農(nóng)戶對農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量意識淡薄，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量信息存在大面積“壁壘”，難以追溯和共享，如果有不法商人為牟取私利篡改信息，將對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全形成很大危脅。

（二）區(qū)塊鏈技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品流通的耦合性分析

區(qū)塊鏈技術(shù)作為比特幣的底層技術(shù)，其本質(zhì)是一種去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫，所有的參與者將信息以區(qū)塊的形式儲存在鏈上，所有的數(shù)據(jù)由全部參與者共同記錄和維護，具有去中心化、信息透明、數(shù)據(jù)不可篡改等特點，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域，能夠緩解農(nóng)產(chǎn)品流通過程中的眾多痛點，最大化保障農(nóng)產(chǎn)品流通的安全與效率。

1.共識機制保障交易公開透明。共識機制是保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)運行的核心技術(shù)，包括工作量證明機制（Pow）、權(quán)益證明機制（Pos）和拜占庭容錯機制（PFT）。在P2P網(wǎng)絡(luò)中，相互節(jié)點通過一個預(yù)設(shè)機制，使得所有節(jié)點最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，由不同地理位置或站點組成的網(wǎng)絡(luò)，共同治理和分享數(shù)據(jù)資源，記錄多方交易的往來記錄。參與農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)的眾多參與者組成一個聯(lián)盟鏈，在共識機制的作用下，各節(jié)點遵守底層協(xié)議框架的內(nèi)容，將生產(chǎn)、批發(fā)、包裝、加工、運輸、倉儲和零售的每一個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)存儲于區(qū)塊鏈上，有助于打破交易雙方存在的信息不對稱問題，實現(xiàn)信息的公開和共享。在去中心化的網(wǎng)絡(luò)中，各種信息和交易不需要中介機構(gòu)的認證和處理，能夠改變傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)的效率低下問題，大大降低流通運營成本。

2.加密算法和數(shù)字簽名保障數(shù)據(jù)安全可信。區(qū)塊鏈技術(shù)采用的是非對稱加密算法，也就是存在著公鑰和私鑰兩種秘鑰，公鑰是對外公開的，任意節(jié)點都可以獲得，私鑰由用戶自己保存。在信息加密過程中，發(fā)送者利用公鑰對數(shù)據(jù)進行加密，接收方只有用對應(yīng)的私鑰才能解密，同時，為了驗證發(fā)送者的身份，發(fā)送方可以利用哈希算法給私鑰加密，生成一個簽名，接收方使用公鑰對數(shù)字簽名進行驗證，建立起節(jié)點之間的信任。在農(nóng)產(chǎn)品的交易環(huán)節(jié)，信用記錄和協(xié)議缺乏透明度是面臨的最大問題，買家和賣家因為信任缺失，導(dǎo)致付款變得具有挑戰(zhàn)性，破壞了交易的正常秩序。加密算法和數(shù)字簽名可以保證交易雙方身份信息得到驗證，保障交易數(shù)據(jù)可以高效地進入目標賬戶，解決了支付環(huán)節(jié)的可信問題，有了區(qū)塊鏈，農(nóng)產(chǎn)品交易過程就能更加透明和公平，為消費者提供更強的信任感支撐，同時還實現(xiàn)了各個環(huán)節(jié)的隱私保護。

3.時間戳保障信息可追溯。在區(qū)塊鏈上，每個區(qū)塊都由區(qū)塊頭和區(qū)塊體構(gòu)成，并標記上時間戳。區(qū)塊頭記錄上一個區(qū)塊的哈希值，包括上一個交易的交易信息和時間戳。時間戳是按時間序列排序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，賦予時間序列的不可逆性，使得農(nóng)產(chǎn)品流通過程中常見的篡改、涂抹、虛構(gòu)交易等造假行為變得困難。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、包裝、加工、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)的信息被記錄下來，并且蓋上時間戳，可以直觀反映農(nóng)產(chǎn)品流通中的時間、參與主體、金額及性質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品流通的全程可溯源，保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。

4.智能合約可以實現(xiàn)供應(yīng)商的選擇與自主交易。智能合約是區(qū)塊鏈的一組編碼規(guī)則，一旦滿足代碼的要求就會自動執(zhí)行。在區(qū)塊鏈中，參與者在滿足執(zhí)行條件的情況下，對收到的信息可以進行自動回應(yīng)，同時進行智能資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移和儲存，沒有第三方干預(yù)。在農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)，將農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)商的選擇條件以協(xié)議的形式部署在區(qū)塊鏈上，一旦有供應(yīng)商滿足了條件，系統(tǒng)就能發(fā)起交易，并進行自動支付，完成清算和交割，從而解決了多次申請、多人審批的問題，達到提高合同簽訂效率、降低運營成本的目的。

四、基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通應(yīng)用模型構(gòu)建

區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)架構(gòu)大致可劃分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層六大層次（見圖2所示），各個層次封裝了不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、驗證機制、共識算法、智能合約和編程接口。結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的核心特點，搭建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通應(yīng)用模型，實現(xiàn)了多方主體共同參與，集信息共享、智能交易、全程溯源、監(jiān)督管理為一體的聯(lián)盟區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

圖2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通應(yīng)用模型基礎(chǔ)架構(gòu)

（一）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈的底層架構(gòu)，封裝區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)區(qū)塊和鏈式結(jié)構(gòu)，以及非對稱加密算法、時間戳等技術(shù)，是所有區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的集合地。在農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域中，各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)可以分為以下幾類：農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)加工的環(huán)境數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)、質(zhì)檢報告、原產(chǎn)地證書等；參與主體數(shù)據(jù)，包括農(nóng)戶、批發(fā)商、加工商、運輸商、倉儲商的基本信息、組織機構(gòu)代碼、信用評級等；農(nóng)產(chǎn)品交易數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品規(guī)格、交易數(shù)量、交易價格、交易時間等；物流數(shù)據(jù)，包括運輸商品信息、運輸車輛及司機信息、運輸時間數(shù)據(jù)等；出入庫數(shù)據(jù)，包括出入庫商品、出入庫時間和倉庫信息等；財務(wù)數(shù)據(jù)，包括資金支付方式、支付日期、支付金額等。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，為每件農(nóng)產(chǎn)品賦予專屬的溯源碼，自動收集各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，并實時上傳到區(qū)塊鏈上，保證農(nóng)產(chǎn)品從種植養(yǎng)殖到最終消費所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都被真實記錄，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的全程溯源。

（二）接入層

接入層封裝區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)連接和信息傳播機制，使得系統(tǒng)各個節(jié)點之間可以實現(xiàn)不經(jīng)過中心服務(wù)器的信息交互，它是保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)信息透明的基礎(chǔ)。農(nóng)戶、加工商、農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)銷商、運輸商、倉儲商、終端消費者和監(jiān)管部門，可以通過P2P網(wǎng)絡(luò)組成一個聯(lián)盟鏈，將具有數(shù)字簽名的信息區(qū)塊傳到鏈上，通過公鑰和私鑰進行驗證，實現(xiàn)信息的共享。聯(lián)盟鏈對農(nóng)產(chǎn)品的交易信息進行實時廣播，提高公眾的知曉度。

（三）共識層

共識層封裝了各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的共識算法，能夠讓各個節(jié)點在一個去中心化的環(huán)境中對區(qū)塊數(shù)據(jù)達成共識，實現(xiàn)合作。共識層決定了在農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)哪個節(jié)點可以將新的區(qū)塊添加到主鏈中。在共識機制的作用下，農(nóng)戶和加工商將種養(yǎng)業(yè)和加工數(shù)據(jù)打包上傳到農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯；農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)銷商將采購清單發(fā)布到農(nóng)產(chǎn)品交易平臺上，進行農(nóng)產(chǎn)品交易匹配；物流商將農(nóng)產(chǎn)品運輸數(shù)據(jù)上傳到農(nóng)產(chǎn)品配送平臺上，一旦貨物丟失，可以快速追責(zé)；金融機構(gòu)將支付數(shù)據(jù)上傳到資金支付平臺上，為農(nóng)產(chǎn)品的流通主體征信提供保障。在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通應(yīng)用模型中，共識層將保障流通過程中信息的安全性和可靠性，從而提高交易處理的質(zhì)量。

（四）激勵層

激勵層封裝區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)行機制和分配機制，是為提高區(qū)塊鏈中各節(jié)點的積極性而提供的一種激勵措施。只要聯(lián)盟鏈中各個參與者積極參與區(qū)塊鏈的安全驗證，就有機會獲取相應(yīng)的獎勵，如果某個節(jié)點存在違規(guī)操作，同樣會受到相應(yīng)處罰。這樣可以督促各個參與主體遵守交易規(guī)則，保障整個系統(tǒng)正常有效運轉(zhuǎn)。

（五）合約層

合約層封裝了智能合約、腳本代碼和算法機制，是農(nóng)產(chǎn)品交易平臺判斷執(zhí)行的標準，用戶可以結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品交易規(guī)則，在供應(yīng)商選擇階段，將供應(yīng)商的評價指標和選擇條件編寫成腳本代碼，通過編程語言生成智能合約，從而選出最合適的供應(yīng)商。在農(nóng)產(chǎn)品交易階段，將農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準和農(nóng)產(chǎn)品合約條款寫入智能合約，當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品滿足交易條件時，能夠自動簽訂交易合同，完成農(nóng)產(chǎn)品交割；在資金支付階段，把交易資金支付條件和支付方式寫入智能合約，當(dāng)付款申請滿足條件時，系統(tǒng)就能自動完成支付任務(wù)，免去了第三方繁瑣的手工審批流程。

（六）應(yīng)用層

應(yīng)用層為區(qū)塊鏈各參與主體提供實際的應(yīng)用場景，在農(nóng)產(chǎn)品流通模型中，由農(nóng)產(chǎn)品流通主體信用平臺、農(nóng)產(chǎn)品交易平臺、資金支付平臺和農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺構(gòu)成。農(nóng)產(chǎn)品流通主體信用平臺負責(zé)農(nóng)產(chǎn)品流通聯(lián)盟鏈參與方的申請和交易雙方信用評價；農(nóng)產(chǎn)品交易平臺包括供應(yīng)商的選擇、交易產(chǎn)品的選擇和農(nóng)產(chǎn)品交易合約的簽訂等；資金支付平臺包括交易雙方資金的管控和交易資金的支付；農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺存儲涉及農(nóng)產(chǎn)品流通各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息，供各參與主體進行查詢和監(jiān)管。五大平臺之間可以通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)信息的傳遞和共享，形成多方參與共同管理和維護的區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈系統(tǒng)（見圖3所示）。

圖3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通聯(lián)盟區(qū)塊鏈系統(tǒng)

五、結(jié)語

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一種無須第三方參與就能實現(xiàn)多方協(xié)作、集體維護的安全加密分布式賬本。區(qū)塊鏈的技術(shù)特征與農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)存在多重耦合性，能夠緩解農(nóng)產(chǎn)品流通過程中的眾多痛點，最大化保障農(nóng)產(chǎn)品流通的安全與效率。文章以區(qū)塊鏈技術(shù)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品的流通環(huán)節(jié)，構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品流通應(yīng)用模型，從數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層分別分析了農(nóng)產(chǎn)品流通的系統(tǒng)應(yīng)用。在信息化與農(nóng)業(yè)發(fā)展深度融合的背景下，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品流通的全程可溯源，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，提高流通效率，降低運營成本，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟和社會價值。

基金項目：2020年度河南省重點研發(fā)與推廣專項（軟科學(xué)研究）一般項目“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略下河南省農(nóng)村人居環(huán)境治理多元主體協(xié)同機制及實現(xiàn)路徑研究”（202400410098）；2021年度許昌學(xué)院科研項目：“區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品流通中的應(yīng)用模式研究”（2021YB035）；2022年度河南省高校人文社會科學(xué)研究一般項目 “基于區(qū)塊鏈技術(shù)的河南省農(nóng)產(chǎn)品流通創(chuàng)新模式及實現(xiàn)路徑研究”（2022-ZZJH-089）階段性成果。